DE3941975C2

DE3941975C2 - Schaltungsanordnung zur Überwachung von Isolationswiderständen in Stromnetzen

Info

Publication number: DE3941975C2
Application number: DE19893941975
Authority: DE
Inventors: Ulrich Baumgaertl; Dirk Sieksmeier; Helmut Dipl Ing Leibold
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1989-12-15
Filing date: 1989-12-15
Publication date: 1999-01-28
Anticipated expiration: 2009-12-16
Also published as: DE3941975A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Überwa chung von Isolationswiderständen ungeerdeter ein- oder mehr phasiger Wechselstromnetze und aus diesen gespeister Gleich stromkreise mit einer einpolig über eine Drosselspule zwi schen dem Wechselstromnetz und Erdpotential angeordneten Meß anordnung, die eine Gleichspannungsquelle mit einem in Reihe geschalteten Widerstand enthält.

Eine derartig definierte Schaltungsanordnung ist aus der DE-PS-25 15 121 bekannt. Zur Messung des Isolationswider standes ist hier im Meßkreis eine ständig einwirkende Gleich spannungsquelle vorgesehen, mit der über einen Meßwiderstand im Falle von fehlerhaften Isolationswiderständen entsprechen de Spannungsveränderungen durch eine geeignete Auswerteschal tungsanordnung feststellbar sind. Eine fehlerhafte Isolation im Bereich des Wechselstromnetzes - Erdschluß über einen Lei ter des Wechselstromnetzes - bewirkt eine Stromveränderung, die sich in allen Fällen am Meßwiderstand als eine Spannungs erhöhung gegenüber dem fehlerfreien Betrieb mit einem Isola tionswiderstand mit dem Wert UNENDLICH auswirkt.

Tritt allerdings ein Erdschluß im aus dem Wechselstromnetz gespeisten Gleichstromkreis auf, also Erdschluß mit der Plus- Leitung oder der Minus-Leitung der Brückenspannung, so über lagert je nach Größe des Erdschlußwiderstandes die Gleich spannungsquelle ganz oder teilweise die Brückenspannung des Gleichstromkreises. Diese Überlagerungsvorgänge bei der Er fassung von Isolationsfehlern im Gleichstromkreis sind wegen der sehr unterschiedlichen Größen der Spannungen relativ un genau zu erfassen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ei ne Schaltungsanordnung zur Überwachung von Isolationswider ständen anzugeben, bei der sowohl die Isolationsfehler in Wechselstromnetzen als auch die Isolationsfehler in daraus gespeisten Gleichstromkreisen mit annähernd gleichmäßig emp findlichen Messungen zu ermitteln sind, wobei sowohl der ap parative Aufwand verringert als auch die Schaltungsanordnung hinsichtlich der gewünschten Genauigkeit im Meßergebnis ver einfacht sein soll. Erfindungsgemäß wird dies dadurch er reicht, daß

- zwischen der Drosselspule und der Gleichspannungsquelle ei ne Meßbrückenschaltung mit einem Meßwiderstand zur Ermitt lung einer Meßspannung angeordnet ist,
- die Gleichspannungsquelle kurzschließbar ist,
- die Meßspannung mittels Schaltmittel umschaltbar ist und
- die durch den Meßstrom verursachte Meßspannung einer Mikro prozessoreinrichtung zugeführt wird.

Mit dem Kurzschließen der Gleichspannungsquelle innerhalb des Ablaufs eines Meßvorganges ist in einfacher Weise festzustel len, ob trotz des Kurzschließens der Gleichspannungsquelle noch ein Gleichstrom über den Meßwiderstand fließt und gege benenfalls welche Polarität die sich am Meßwidersand einstel lende Spannung aufweist. Dieser Meßvorgang erfaßt die Isola tionswiderstände im Gleichstromkreis, ohne daß die Brücken spannung von der Gleichstromquelle überlagert wird.

Die Überbrückung der Gleichspannungsquelle wird vorzugsweise durch eine Mikroprozessoreinrichtung gesteuert, die gemäß ei ner vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung den dazu erfor derlichen Steuerbefehl zeitlich in Abhängigkeit von dem im Wechselstromnetz und den daraus gespeisten Gleichstromkreis abhängigen Zeitkonstanten steuert. Die Meßbereichsumschaltung erfolgt ebenfalls von der Mikroprozessoreinrichung netzzu standsabhängig als Ergebnis der der Mikroprozessoreinrichtung zugeführten Meßspannung.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, die von der Mikroprozessoreinrichtung ermittelten Isola tionswiderstandswerte durch eine Anzeigeeinrichtung numerisch anzuzeigen und bei Unterschreitung eines einstellbaren Grenz wertes durch ein zusätzliches Signal zu markieren. Mit dieser Maßnahme kann auf besonders gravierende Fehler, insbesondere bei Unterschreitung von kritischen Grenzwerten, schnell rea giert und durch entsprechende Abschaltvorgänge um Abhilfe ge sorgt werden.

Zusätzlich kann die Mikroprozessoreinrichtung gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung mit einer Fernanzeige ausgestattet sein, die ein dem ermitteltem Isolationswider stand proportionales pulsmoduliertes Signal zur Ansteuerung eines Analoganzeigegerätes überträgt, so daß die Überwachung mehrerer Netze von einer zentralen Stelle aus erfolgen kann.

Weiterhin ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung da durch vorteilhaft ausgestaltet, daß die Netzparameter, wie Netzart, Nennspannung, Isolationswi derstand und die Geräteparameter, wie Referenzspannung, Prüf spannung, Innenwiderstand der Meßanordnung, durch eine Perma nent-Speichereinrichtung speicherbar sind.

Mit dieser Maßnahme können die Toleranzen der in der Meß anordnung verwendeten Bauelemente weitestgehend vernachläs sigt werden, da die Netzparameter und die Geräteparameter mit ihren tatsächlich vorhandenen Ist-Werten erfaßt und zur Be rechnung der jeweiligen Isolationswiderstände in den einzel nen Meßphasen herangezogen werden können.

In diesem Zusammenhang sind als weitere vorteilhafte Ausge staltungen der Erfindung vorgesehen, daß mit der Gleichspan nungsquelle in Reihe mit einem zwei unterschiedliche Werte annehmenden Prüfwiderstand die Geräteparameter als Eichmaß vorgebbar sind und das Eichmaß vor jeder Messung durch eine Ist-Vergleichsmessung überprüfbar ist.

Zur Fernüberwachung und Fernsteuerung dieser Netze kann die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einer UART- Schnittstelle ausgestattet sein, so daß sowohl die Messung selbst als auch die dazu notwendigen Steuervorgänge von über geordneten Schaltwarten wahrgenommen werden können.

Um die ständige Funktionsfähigkeit der Schaltungsanordnung, insbesondere vor jeder Messung, sicherzustellen, ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vor gesehen, einen hochohmigen mit Erdpotential verbundenen Prüf widerstand bekannter Größe an einen Leiter des Wechselstrom netzes mittels der Mikroprozessoreinrichtung anzuschalten. Fließt der dem Prüfwiderstand entsprechende Strom, so können keine Stromkreisergebnisse innerhalb der Meßanordnung vorlie gen, die fälschlicherweise als korrekte Isolationswider standswerte auswertbar wären.

Die Erfindung wird in einem in zwei Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert, wobei die Fig. 1 den prinzipiellen Schaltungsaufbau erkennen läßt, während die Fig. 2 nähere Schaltungseinzelheiten zeigt.

In der Fig. 1 ist das mehrphasige Wechselstromnetz NSP mit den Leitungen L1 bis L3 dargestellt, das ohne einen Schutz leiter ausgestattet ist. Die Leiter L1 bis L3 sind in bekann ter Weise mit den nicht näher bezeichneten Gleichrichtern verbunden, die die Brückenspannung UB erzeugen. Weiterhin ist angedeutet, daß die Leitung L1 über den Tiefpaß TP mit der Meßschaltung MS in Verbindung steht, und daß die Meßbrücken schaltung MS mit der einpolig an Erde angeschalteten Gleich spannungsquelle UZ eine Reihenschaltung bildet. Weiterhin ist die Meßbrückenschaltung MS mit ihrem Ausgang, an dem sich die Meßspannung UM einstellt, mit dem Analog/Digital-Wandler AD verbunden, wobei die Meßspannung UM dem A/D-Wandler zugeführt wird.

Die Mikroprozessoreinrichtung ME ist u. a. mit der Anzeige einrichtung AZ ausgestattet, auf der die mit der Meßbrücken schaltung MS ermittelten Isolationswiderstandswerte zur An zeige gebracht werden. Gleichzeitig ist angedeutet, daß die Mikroprozessoreinrichtung ME einen Signalausgang zur Meßbe reichsumschaltung MU enthält, der unmittelbar auf die Meß brückenschaltung MS einwirkt. Auch die Gleichspannungsquelle UZ steht unter dem Steuereinfluß der Mikroprozessoreinrich tung ME, mit der der Kurzschluß K innerhalb eines Meßvorgan ges gesteuert wird.

Mit den unterbrochenen Linien sind die Fehlerzustände ange deutet, wobei mit dem ersten Fehlerwiderstand RF1 die Erd schlüsse auf den Leitungen LI bis L3 des Wechselstromnetzes NSP als Ersatzschaltbild dargestellt sind, während die Fehlerwiderstände RF2 und RF3 die Erdschlüsse an dem Minus- Pol bzw. dem Plus-Pol der Brückenspannung UB bedeuten.

Die Fig. 2 zeigt nähere Auszüge der Meßbrückenschaltung, die in bekannter Weise über die Drosselspule SP mit einer Leitung L des Wechselstromnetzes gekoppelt ist. Parallel zur Drossel spule SP ist der Dämpfungswiderstand RO dargestellt, der in Reihe mit dem Widerstand R mit der aus den Brückengleichrich tern G1 bis G4 gebildeten Brückenschaltung mit einem der Wechselpole verbunden ist. Der weitere Wechselpol steht mit der Gleichspannungsquelle UZ in Verbindung, deren freier An schluß mit Erdpotential behaftet ist. Die Plus-Minus- Anschlüsse der Gleichrichterschaltung sind über den Meßwider stand RM verbunden, zu dem parallel der (Feldeffekt- )Transistor T zur Meßbereichsumschaltung MU mit dem Wider stand RT geschaltet sind.

Die Gleichspannungsquelle UZ wird im Bedarfsfalle ebenfalls durch einen nicht bezeichneten (Feldeffekt-)Transistor über brückt, wobei sowohl der Kurzschluß K als auch die Meßbe reichsumschaltung MU durch einen jeweiligen Steuerbefehl von der Mikroprozessoreinrichtung veranlaßt wird. Der Kondensator C wirkt mit dem Widerstand R und der Drosselspule SP als Tiefpaß, so daß ein gegebenenfalls vorhandener Wechselstrom anteil kurzgeschlossen und die Meßspannung UM nicht beein trächtigt ist.

Die Schaltungsanordnung ist außerdem mit den Anschlüssen 1, 2 versehen, die durch die Verbindung mit den Anschlüssen 11 und 21 die Eichung der Meßanordnung bewirkt und damit die Meßge räteparameter festlegt.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Überwachung von Isolationswider ständen ungeerdeter ein- oder mehrphasiger Wechselstromnetze und aus diesen gespeister Gleichstromkreise mit einer einpo lig über eine Drosselspule zwischen dem Wechselstromnetz und Erdpotential angeordneten Meßanordnung, die eine Gleichspan nungsquelle mit einem in Reihe geschalteten Widerstand ent hält, dadurch gekennzeichnet, daß

1. zwischen der Drosselspule (SP) und der Gleichspannungsquel le (UZ) eine Meßbrückenschaltung (MS) mit einem Meßwider stand (RM) zur Ermittlung einer Meßspannung (UM) angeordnet ist,
2. die Gleichspannungsquelle (UZ) kurzschließbar ist,
3. die Meßspannung (UM) mittels Schaltmittel (T, RT) umschalt bar ist und
4. die durch den Meßstrom (IM) verursachte Meßspannung (UM) einer Mikroprozessoreinrichtung (ME) zugeführt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

1. das Kurzschließen der Gleichspannungsquelle (UZ) durch einen netzzustandsabhängigen Steuerbefehl der Mikroprozessorein richtung (ME) erfolgt und
2. die Meßbereichsumschaltung (MU) durch einen weiteren netz zustandsabhängigen Steuerbefehl der Mikroprozessoreinrich tung (ME) erfolgt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

1. die von der Mikroprozessoreinrichtung (ME) ermittelten Iso lationswiderstandswerte durch eine Anzeigeeinrichtung (AZ) numerisch angezeigt und bei Unterschreitung eines einstell baren Grenzwertes durch ein zusätzliches Signal markiert sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

1. die Mikroprozessoreinrichtung (ME) einen Signalausgang zur Fernanzeige aufweist, der ein dem ermittelten Isolationswi derstandswert proportionales pulsdauermoduliertes Signal zur Ansteuerung eines Analoganzeigegerätes überträgt.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

1. die Netzparameter, wie Netzart, Nennspannung, Isolationswi derstand und die Geräteparameter, wie Referenzspannung, Prüfspannung, Innenwiderstand der Meßanordnung, durch eine Permanent-Speichereinrichtung speicherbar sind.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

1. mit der Gleichspannungsquelle (UZ) in Reihe mit einem zwei unterschiedliche Werte annehmenden bekannten Prüfwiderstand (RP) die Geräteparameter als Eichmaß vorgebbar sind.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

1. das Eichmaß vor jeder Messung durch eine Ist-Vergleichmes sung überprüfbar ist.

8. Schaltungsanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprü che 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß

1. die Schaltungsanordnung mit einer UART-Schnittstelle zur Fernüberwachung der Stromnetze ausgestattet ist.

9. Schaltungsanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprü che 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß

1. im Betriebszustand durch den von der Mikroprozessoreinrich tung (ME) wirksam schaltbaren Prüfwiderstand (RP) bekannter Größe die Schaltungsanordnung ständig auf ihre Funktionsfä higkeit überprüfbar ist.